为什么 C++ 将 unsigned char 值打印为负数？

Question

我试图理解 C++ 中的隐式转换规则，并且我理解当两个主要类型之间存在一个操作时，“较低类型”会提升为“较高类型”，所以让我们说：

int a = 5;
float b = 0.5;

std::cout << a + b << "\n";

应该打印 5.5，因为 'a' 被提升为浮点类型。我也明白无符号类型是比有符号计数器部分“更高的类型”，所以：

int c = 5;
unsigned int d = 10;

std::cout << c - d << "\n";

打印 4294967291 因为 'c' 被提升为无符号整数，并且由于无符号类型在小于零时回绕，所以我们得到了那个大数字。

但是对于以下情况，我不明白为什么我得到 -105 而不是正数。

#include <iostream>

int main(void) {
    unsigned char a = 150;
    std::cout << static_cast<int>(a - static_cast<unsigned char>(255)) << "\n";
    return 0;
}

我猜是这段代码：

a - static_cast<unsigned char>(255)

应该产生一个正数，所以最终的强制转换（到 int）不应该影响最终结果，对吧？

Answer 1

您缺少从 unsigned char 到 int 的（隐式）转换，该转换恰好执行 -（减）操作。每当您尝试将任何整数运算应用于小于 int 的某个整数类型的值时，都会发生这种整数提升。

Answer 2

引自C++14，第 5.7 章

加法运算符 + 和 - 从左到右分组。通常的算术转换是为 算术或枚举类型的操作数。

对于通常的算术转换，（针对这种情况）

....

• 否则，应在两个操作数上执行积分提升 (4.5)

最后，对于整体促销，第 § 4.5 章

除bool、char16_t、char32_t 或wchar_t 之外的整数类型的纯右值，其整数转换 rank (4.13) 小于 int 的 rank 如果 int 可以代表所有，则可以转换为int 类型的prvalue 源类型的值；否则，源纯右值可以转换为unsigned int.类型的纯右值

因此，unsigned char 操作数被提升为int，然后计算结果。

Answer 3

这里有显示正在发生的事情的答案。我不会重复。我会给你一个简单的工具来帮助你。

您可以使用以下技巧快速找到表达式的类型：

template <class> struct Name; // purposely no definition given

Name<decltype(your_expression)> n;

这将为未定义的模板“名称”生成编译器错误，但我们真正感兴趣的是将出现在错误消息中的模板参数的类型。

例如如果您想查看在两个unsigned char 之间进行算术运算时会得到什么类型：

#include <utility>
template <class> struct Name;

auto test()
{
    Name<decltype(std::declval<unsigned char>() - std::declval<unsigned char>())> n;

   // or
   unsigned char a{};
   Name<decltype(a - a)> n2;
}

会得到你

error: implicit instantiation of undefined template 'Name<int>'

这会告诉你表达式的类型是int

当然这不会告诉您所涉及的规则，但它是查看表达式类型或验证您对表达式类型的假设的快速起点。